[發明專利]一種能夠調控液滴回彈時間的表面及其制備方法

在審

• 申請號: 201811568906.8
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109679127A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 吳化平;蔣坤鵬;孫申申;徐振雄;林森鵬
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C08J7/06
• 分類號: C08J7/06;C09D1/00
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

本發明公開了一種能夠調控液滴回彈時間的表面及其制備方法，在基體上用硅膠材料制備一級微結構表面；將二氧化鈦粉末與無水乙醇混合后超聲配成二氧化鈦懸浮液，再加入十八烷基三甲氧基硅烷，繼續超聲混勻，反應后得到超疏水二氧化鈦旋涂液；將一級微結構粘附在旋涂機吸盤口進行旋涂，旋涂后將微結構培養皿用鑷子取出后進行凝固；用鼓風干燥箱對基體進行烘干處理；制得符合要求的超疏水性二級微結構薄膜；將薄膜邊緣用夾具固定，中間為懸空狀態，并調節夾具的夾緊力。本發明將超疏水薄膜的邊緣進行固定，形成無底部支撐的“蹦床式結構”，以結構柔性化的方式增大了薄膜的彈性力對液滴的作用，起到促使液滴更快、更完全回彈的作用。

技術領域

本發明涉及基體表面處理技術領域，特別涉及一種能夠調控液滴回彈時間的表面及其制備方法。

背景技術

液滴在材料表面上的動態行為經常在日常生活中可以見到，如飛濺的水滴、被雨水澆灌的草葉、各種液體噴霧等。通常研究員們會利用材料表面的特殊紋理與化學性質共同作用使其呈現超疏水性，然而往往都是基于剛性材料或者是將材料表面置于剛性支撐平面上進行的研究。而自然界中實際不乏許多表面都是柔軟的、無底部束縛的，其中最為典型的是荷葉表面，它并非是剛性的超疏水表面，且大部分的葉片為懸空的無支撐結構，僅在葉片中心部分有一根根莖支撐。有研究人員對蝴蝶的翅膀進行了剛性與柔性的對比實驗。發現液滴撞擊在有剛性支撐的蝴蝶翅膀上時，偶爾會有小液滴粘附在表面上，這種情況非常不利于蝴蝶在空中飛舞；而當液滴撞擊在柔性的蝴蝶翅膀表面上時，柔軟的翅膀表面會產生振蕩，將小水滴完全地彈開。同樣的情況還發生在許多的植物葉片表面上，而目前只有少數工作探討過柔性的超疏水表面上液滴的動態潤濕情形，而且此前的研究基本都局限在如何縮短液滴彈跳的回彈時間上，但是對于是否實現液滴回彈時間的可調控性并沒有過多深入。

發明內容

本發明針對在剛性超疏水微結構基底上液滴回彈時間過長、液滴回彈時間不可控的缺點，提出一種能夠調控液滴回彈時間的表面及其制備方法。

為實現第一個發明目的，所采用的技術方案是這樣的：一種能夠調控液滴回彈時間的表面，在基體上具有以硅膠材料制備的一級微結構，其特征在于：一級微結構上還有柔性超疏水二級微結構薄膜，所述的柔性超疏水二級微結構薄膜是以二氧化鈦和十八烷基三甲氧基硅烷反應得到的；所述的柔性超疏水二級微結構薄膜的邊緣以夾具與基體固定，且夾具的夾緊力可調。

為實現第二個發明目的，所采用的技術方案是這樣的：一種能夠調控液滴回彈時間的表面制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)在基體上用硅膠材料制備一級微結構表面；

2)將二氧化鈦粉末與無水乙醇混合后超聲配成二氧化鈦懸浮液，再加入十八烷基三甲氧基硅烷(TMOS)，繼續超聲混勻，然后室溫下反應得到超疏水二氧化鈦旋涂液；

3)將一級微結構粘附在旋涂機吸盤口進行旋涂，旋涂后將微結構培養皿用鑷子取出后放置在恒溫平臺上進行凝固；

4)用鼓風干燥箱對基體進行烘干處理；制得符合要求的超疏水性二級微結構薄膜；

5)將薄膜邊緣用夾具固定，中間為懸空狀態，并調節夾具的夾緊力。

步驟2)中，超聲頻率為50～100Hz，室溫下反應時間10～15h，所述的無水乙醇的加入量以二氧化鈦質量計為0.01～0.02g/mL，所述硅烷與二氧化鈦懸浮液體積比為0.01～0.03：1。

所述的方法，步驟1)中一級微結構的具體制備方法為：

i)將15-20ml聚二甲基硅氧烷(PDMS)預聚體與交聯劑滴至離心管中，兩者比例約為預聚體：交聯體為10：1；配比完成后，攪拌約15min備用；

ii)將攪拌好的離心管放入真空干燥箱，當內部接近真空時可關閉真空干燥箱上的真空閥，關閉真空泵，再使離心管在真空干燥箱內靜置15分鐘；